由无机颗粒材料形成部件的方法技术

公开了一种由无机颗粒材料形成部件的方法。该方法使用可以快于常规粘合剂组合物的速率除去的两组分粘合剂组合物，由此减少在除去粘合剂期间发生的形成泡孔和裂纹。不需要毒性材料并且方法不依赖溶剂。该方法可适用于陶瓷、金属和金属陶瓷。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。本专利技术更特别涉及通过使用聚合物粘合剂，所述粘合剂在加热成型后可从部件中除去。该方法包括通过注塑和挤出形成部件。注塑是用于由颗粒材料形成部件且在成型之后几乎不需要或不需要进行机加工的方法。这种方法特别适于由陶瓷粉末形成部件，因为陶瓷材料机加工困难。挤出是陶瓷和塑料工业中用于生产具有固定截面部件的方法。塑料挤出通常涉及在挤出机料筒中沿单或双螺杆输送聚合物物料，同时加热使聚合物熔化并使其塑化。相反，在陶瓷加工中挤出一般不涉及加热材料。陶瓷材料以粉末形式加工。陶瓷材料的塑化通过将水和粘合剂加入陶瓷粉末中实现。为了加工陶瓷材料和其它无机颗粒材料，通常需要粘合剂。然而，在将材料加工形成部件之后，必须除去粘合剂。除去粘合剂一般通过加热部件完成，这种方法称为“加热法除粘合剂”；或通过将部件浸入一种或多种溶剂中完成，这种方法称为“溶剂法除粘合剂”。这些技术也可以结合使用。在加热法除粘合剂期间，粘合剂物料被蒸发除去。如果蒸发进行过快，就会在部件中形成泡孔和裂纹。因此，限制了加热法除粘合剂的速率。以不损害部件的速率除去粘合剂将需要加热一天或几天。溶剂法除粘合剂涉及到溶剂和设备，将增加成本，因为很多优选的溶剂需要进行特殊操作和处理。用于除去粘合剂的其它方法包括芯给法(wicking)和催化法除粘合剂，芯给法涉及将部件埋藏于粉末中并加热部件和周围的粉末。粘合剂物料被芯给吸入粉末中。这种方法要比常规的加热法除粘合剂快，但劳动强度大。催化法除粘合剂是速度最快的标准除粘合剂方法，该方法详细公开于US5,145,900中，催化法除粘合剂存在的问题是需要使用除粘合剂的专用设备，并且涉及操作危险物质。催化物质一般为强酸如硝酸和草酸，并产生甲醛作为分解产物。日本专利申请07-097271A公开了一种用于陶瓷粉末注塑的粘合剂组合物，它包括石蜡和丙烯酸酯树脂。这种粘合剂可以通过加热除去。然而，当通过以30℃/小时的速率加热除去粘合剂时，会形成裂纹和泡孔。本专利技术方法提供一种比常规加热法除粘合剂快的加热法除粘合剂速率，该方法使用标准设备、无芯给或溶剂法除粘合剂的附加步骤、不使用有毒催化剂物质且减少或消除了甲醛的生成。本专利技术方法的另一优点在于可通过选择粘合剂的组成控制除粘合剂的速率。这种控制方法可最大限度地减少除粘合剂过程对部件形状或尺寸的不利影响(包括形成裂纹和泡孔)。通过陶瓷材料挤出或注塑形成的部件称为“绿色部件”，该绿色部件按照本领域熟练技术人员已知的方法通过焙烧进一步加工。例如可参见，James S.Reed，Principles of Ceramics Processing，John Wiley& Sons(1995)。焙烧涉及将部件加热至足以“烧结”或“固结”部件的温度。在焙烧期间，除去所有残余粘合剂。根据本专利技术方法形成的部件可按照本领域已知的方法焙烧。根据本专利技术第一方面，提供一种由一种或多种无机颗粒材料形成部件的方法，包括a)通过混合主粘合剂和次粘合剂形成粘合剂组合物，其中所述主粘合剂在次粘合剂分解温度时具有的蒸汽压至少为133.3Pa(1乇)；b)在温度高于所述粘合剂组合物熔点下通过将所述粘合剂组合物与一种或多种颗粒材料混合形成原料；c)由所述原料通过注塑形成部件；和d)以0.5℃/分钟-10℃/分钟的速率加热部件。本专利技术第二方面是根据公开的方法形成的部件。本专利技术另一方面是由无机颗粒材料形成挤出部件的方法，包括a)通过混合主粘合剂和次粘合剂形成粘合剂组合物，其中所述主粘合剂在次粘合剂分解温度时具有的蒸汽压至少为133.3Pa(1乇)；b)在温度高于所述粘合剂组合物熔点下通过将所述粘合剂组合物与一种或多种颗粒材料混合形成原料；c)将所述原料加入包括螺杆和模头的挤出机中；d)在温度足以液化所述原料下加热所述原料并强制所述原料通过模头形成挤出物；e)使挤出物在室温下硬化；和f)以0.5℃/分钟-10℃/分钟的速率加热部件。用于本专利技术的粘合剂组合物是由主粘合剂和次粘合剂形成的。主粘合剂和次粘合剂具有不同的蒸汽压，这样可使两种粘合剂从部件中顺序除去而不是同时除去。据认为除去主粘合剂产生了通道，次粘合剂可由这些通道从部件中除去，在部件中不会形成裂纹和泡孔。选用的粘合剂应在除去主粘合剂期间使次粘合剂尽可能长地保持于部件中，以保持部件的形状。主粘合剂在次粘合剂分解温度时具有的蒸汽压至少为133.3Pa(1乇)。为了优化粘合剂的除去，主粘合剂在次粘合剂分解温度时具有的蒸汽压优选为1.3-130kPa(10-1000乇)，更优选13-78kPa(100-600乇)，最优选39-52kPa(300-400乇)。蒸汽压太高或太低都可使除去粘合剂所需的时间增加。主粘合剂优选在约80℃-200℃的典型模塑温度下溶解次粘合剂，但在温度高于10℃和低于80℃下与次粘合剂形成分离相。用于本专利技术的的主粘合剂可以具有两个组分。当主粘合剂具有两种组分时，第一个组分在室温下优选为固体。第一个组分在约25℃的室温下为固体。第一个组分独立地选自分子量低于约300的二醇和多醇，例如三羟甲基丙烷、二-三羟甲基丙烷、新戊二醇、季戊四醇和二季戊四醇。主粘合剂的第二个组分与第一个组分的比例优选为至少1∶20，更优选至少1∶10。用于本专利技术方法的主粘合剂的第二个组分独立地选自(C2-C20)1，2-二醇；(C3-C20)1，2-多醇；(C3-C20)1，3-二醇；(C4-C20)1，3-多醇；(C2-C6)烯化氧；包括(C2-C6)烯化氧作为聚合单元的聚合物，(C2-C6)烯化氧低聚物；包括(C2-C6)烯化氧作为聚合单元的聚合物的(C1-C4)醚；(C2-C6)烯化氧低聚物的(C1-C4)醚；聚(碳酸羟亚烷基酯)和聚乙烯醇。1，3-二醇和多醇的例子包括1，3-丙二醇；1，3-丁二醇；2-甲基-1，3-丙二醇；新戊二醇；2，2-二乙基丙二醇；2-乙基-2-甲基丙二醇；2-甲基-2-丙基丙二醇；2-乙基-2-丁基丙二醇；2，4，4-三甲基-3，5-戊二醇；2-乙基-1，3-己二醇；三羟甲基丙烷；二-三羟甲基丙烷；季戊四醇；二-季戊四醇。也可以使用1，3-二醇衍生物，它们包括环三羟甲基丙烷缩甲醛和三羟甲基丙烷烯丙基醚。二醇的例子包括乙二醇；丙二醇；2，2-二甲基-3，4-丁二醇；和颇呐醇。烯化氧的例子包括环氧乙烷和环氧丙烷。包含(C2-C6)烯化氧作为聚合单元的聚合物(又称为聚氧化亚烃)的例子包括环氧乙烷的均聚物和共聚物及环氧丙烷的的聚合物。聚(碳酸羟亚烷基酯)的例子包括聚-2，3-O-异丙基二烯threityl]和聚-1，4-threityl]。烯化氧低聚物的例子包括分子量不大于2000的乙二醇的低聚物和分子量不大于2000的丙二醇的低聚物。在本专利技术方法中使用的这些低聚物和其醚的例子包括一缩二丙二醇；一缩二丙二醇甲基醚；二缩三丙二醇；二缩三丙二醇甲基醚；三甘醇；三甘醇甲基醚；三甘醇二甲基醚；四甘醇；四甘醇甲基醚；和四甘醇二甲基醚。用于本专利技术方法中的次粘合剂可以是现有技术中用于注塑中的任何已知聚合物。这些聚合物可以是热塑性聚合物或热固性聚合物。例子有丙烯酸和甲基丙烯酸均聚物和共聚物，聚苯乙烯和其共聚物，聚(醋酸乙烯酯)和其共聚物；和聚(2-乙基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由一种或多种无机颗粒材料形成部件的方法，包括：ａ）通过混合主粘合剂和次粘合剂形成粘合剂组合物，其中所述主粘合剂在次粘合剂分解温度时具有的蒸汽压至少为１３３．３Ｐａ（１乇）；ｂ）在温度高于所述粘合剂组合物熔点下通过将所述粘合剂组合 物与一种或多种颗粒材料混合形成原料；ｃ）由所述原料通过注塑形成部件；和ｄ）以０．５℃／分钟－１０℃／分钟的速率加热部件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小LE博根，RA艾因霍恩，
申请(专利权)人：木工技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]